Periodensystem

In den vorherigen Teilbereichen zum Periodensystem konnten wir dir bereits ein paar Beispiele dafür geben, wie aufgeräumt das Periodensystem ist. Zur historischen Entwicklung hast du erfahren, dass Wissenschaftler schon früher die Lücken des vorläufigen Periodensystems teilweise theoretisch füllen konnten, weil sie wussten, wie viele Elektronen die Elemente haben und welche Eigenschaften sie besitzen mussten. Später kamen Wissenschaftler zu weiteren Informationen über den Atombau. Sie fanden heraus, dass sich die Elektronen auf unterschiedlichen Energieniveaus, wie auf Bahnen, um den Atomkern herumbewegen. Dabei wurde deutlich, dass mit einer neu beginnenden Periode im Periodensystem hinzukommende Elektronen sprunghaft ein höheres Energieniveau (eine neue Bahn) eingenommen haben.

Der Atombau der Elemente des Periodensystems bestätigt den Sinn der Struktur des Periodensystems. Mit dem Periodensystem ist es aber ein wenig wie zuhause. Egal wie aufgeräumt ein Zuhause ist, jeder und jede hat doch diesen einen Raum, in dem ein kleines Chaos herrscht. So ist es auch mit dem Periodensystem. Wir zeigen dir, an welchen Stellen das Periodensystem einer anderen Ordnung folgt.

Kurze Wiederholung zum Bohr'schen Atommodell

The American Institute of Physics credits the photo [1] to AB Lagrelius & Westphal, which is the Swedish company used by the Nobel Foundation for most photos of its book series Les Prix Nobel., Public domain, via Wikimedia Commons

Atome bestehen aus drei Bausteinen: Protonen, Neutronen und Elektronen. Die Protonen sind positiv geladene Teilchen, die Neutronen haben keine Ladung und die Elektronen sind negativ geladen. Damit die Elemente des Periodensystems zunächst einmal von der Ladung ausgeglichen sind, besitzen sie im elementaren Zustand immer die gleiche Anzahl an Protonen und Elektronen. Manchmal haben sie genauso viele Neutronen, können aber auch mehr Neutronen besitzen.
Die Protonen und Neutronen bilden den Atomkern.

Nach dem Bohr’schen Atom-Modell, welches von Niels Bohr (Abb. 1) entwickelt wurde, verteilen sich die Elektronen auf unterschiedlichen Schalen um den Atomkern. Die Anzahl der Elektronen, die auf eine Schale passen, kannst du mit der Formel $\ce{2n^2}$ berechnen. Für \(\rm{n}\) musst du nur die Zahl der Schale einsetzen. Die Schalen werden so mit den Elektronen besetzt:

• 1. Schale (K-Schale) 2 Elektronen
• 2. Schale (L-Schale) 8 Elektronen
• 3. Schale (M-Schale) 18 Elektronen usw.

Wie viele Elektronen ein Element besitzt, kannst du anhand der Ordnungszahl ablesen.

Das Periodensystem ist so schön aufgeräumt

Fangen wir mal mit dem schön aufgeräumten Teil des Periodensystems an. Dafür schauen wir uns die acht Hauptgruppen an (Abb. 2). Wasserstoff \(\ce{(H)}\) hat die Ordnungszahl 1. Das bedeutet, dass Wasserstoff ein Elektron besitzt, welches in dem Bohr’schen Atommodell auf die erste Schale gesetzt wird. In der gleichen Periode (Reihe) ist auch Helium \(\ce{(He)}\) mit zwei Elektronen, die die erste Schale voll besetzen. Nach Helium findet der Sprung der Energieniveaus der Elektronen statt, sodass mit der nächsten Periode auch eine neue Schale angefangen wird.

Wenn du dir die erste Hauptgruppe (Spalte) anschaust, fällt auf, dass alle Elemente der ersten Hauptgruppe ein Elektron auf der äußeren Schale (Außenelektronen) besitzen, in der zweiten Hauptgruppe zwei Elektronen, in der dritten drei usw.

Du kannst durch das Periodensystem von Element zu Element gehen und mit steigender Ordnungszahl kommt ein Elektron dazu, welches du entweder auf die gleiche Schale setzt oder, wenn die Schale schon voll besetzt ist, du eine neue Schale anfängst zu besetzen.

Dieses Vorgehen macht bis zur dritten Periode absolut Sinn.

CC-BY-NC 4.0 / Joachim Herz Stiftung; Nadine Boehle

Die Nebengruppenelemente bringen alles durcheinander

Ab der vierten Periode wird es etwas komplizierter mit dem Atombau der Elemente im Periodensystem. Es kommen nämlich die Nebengruppenelemente hinzu. Um den Atombau der Elemente und die Verteilung der Elektronen ab der vierten Periode zu erklären, benötigen wir das Orbitalmodell. Über das Orbitalmodell erfährst du mehr im Themengebiet der Modelle.